《實驗：驗證動量守恒定律》參考課件 03

第一章

動量守恒定律1.4實驗：驗證動量守恒定律思考：動量守恒定律條件是什么？

動量守恒定律的適用條件是系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0。思考：在現(xiàn)實生活中，或者在實驗室中，我們很難排除接觸面摩擦力的作用，是不是沒法做驗證動量守恒定律的實驗？

我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足系統(tǒng)不受外力這種理想化的條件。但是，可以創(chuàng)造內(nèi)力遠大于外力的實驗情景，可以近似滿足動量守恒的條件。實驗思路思考：根據(jù)前面學習我們熟悉內(nèi)力遠大于外力的情境是哪種？碰撞思考：為了實驗與計算方便我們應(yīng)該設(shè)計怎樣的碰撞？實驗思路兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞后仍沿這條直線運動，一維碰撞實驗思路

實驗思路碰撞中的特殊情況——一維碰撞雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動量守恒定律的條件。物理量的測量

根據(jù)動量的定義，很自然地想到，需要測量物體的質(zhì)量，以及兩個物體發(fā)生碰撞前后各自的速度。m1，v1，v1′，m2，v2，v2′物體的質(zhì)量可用天平直接測量。思考：實驗中我們需要測量哪些物理量？思考：物體質(zhì)量如何測量？物理量的測量思考：物體速度如何測量？你掌握哪些方法可以測量物體速度？方法一：光電門測速方法二：打點計時器測速方法三：機械能守恒角度測速方四四：平拋運動規(guī)律測速數(shù)據(jù)分析檢驗：碰撞前后總動量是否守恒，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2

本案例中我們利用氣墊導軌來減小摩擦力，利用光電計時器測量滑塊碰撞前后的速度。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒1.實驗器材氣墊導軌、光電計時器、天平、滑塊兩個(帶擋光片)、重物、彈簧片、細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。實驗裝置方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

2.實驗原理方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒3.幾種不同情形的碰撞（1）選取兩個質(zhì)量不同的滑塊，在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架滑塊碰撞后隨即分開。甲：滑塊碰撞后分開方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒3.幾種不同情形的碰撞

（2）兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運動。如果在兩個滑塊的碰撞端分別貼上尼龍拉扣，碰撞時它們也會連成一體。乙：滑塊碰撞后粘連方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒3.幾種不同情形的碰撞（3）原來連在一起的物體由于有相互斥力而分開，這也是一種碰撞，例如在兩個滑塊間放置輕質(zhì)彈簧，擠壓兩個滑塊使彈簧壓縮，并用一根細線將兩個滑塊固定。燒斷細線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運動。丙：彈簧使靜止滑塊分開方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒3.實驗步驟（1）用天平測量兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預先設(shè)計好的表格中。（2）安裝好安裝光電門、氣墊導軌并調(diào)節(jié)氣墊導軌水平。（3）使兩滑塊依次發(fā)生甲、乙、丙圖所示的碰撞情況，記錄擋光時間，計算滑塊碰撞前后的速度。（4）驗證：滑塊碰撞前后動量守恒。（5）整理實驗儀器。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

記錄數(shù)據(jù)時應(yīng)規(guī)定正方向。若速度方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取正值，若速度方向與規(guī)定方向相反，則取負值。思考：如果物體碰撞后的速度方向與原來的方向相反，應(yīng)該怎樣記錄？碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0.4m/sV2=-0.2m/sV1

=-0.32m/sV2

=0.28m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=4.實驗數(shù)據(jù)甲:滑塊碰撞后分開0.01kg·m/s0.01kg·m/s方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒在兩個滑塊相互碰撞的端面裝上彈性碰撞架，滑塊碰撞后隨即分開，碰撞前后動量守恒。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒4.實驗數(shù)據(jù)乙:滑塊碰撞后粘連碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0.2m/sV2=0.628m/sV1

=0.373m/sV2

=0.373m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=0.094kg·m/s0.093kg·m/s方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

在兩個滑塊的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥，碰撞時撞針插入橡皮泥中，使兩個滑塊連成一體運動時，兩個滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒碰撞前碰撞后質(zhì)量m1=0.10kgm2=0.15kgm1=0.10kgm2=0.15kg速度V1=0V2=0V1

=0.225m/sV2

=-0.15m/smvm1v1+m2v2=m1v1

+m2v2

=4.實驗數(shù)據(jù)丙：彈簧使靜止滑塊分開00方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

燒斷細線，彈簧彈開后落下，兩個滑塊由靜止向相反方向運動，兩個滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒

系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒5.實驗結(jié)論：注意：利用氣墊導軌進行實驗，調(diào)整氣墊導軌時，注意利用水平儀確保導軌水平。6.系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身是否符合要求，即：①碰撞是否為一維碰撞。②實驗是否滿足動量守恒的條件。(2)偶然誤差：主要來源于質(zhì)量和速度的測量。方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒1.實驗器材：斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線、白紙、復寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒2.實驗原理：用兩個大小相同，質(zhì)量不相等的小球的碰撞來研究動量。OPMNm1m2入射小球被碰小球

入射小球發(fā)生碰撞前的落地點P。碰撞后入射小球落地點的平均位置M，被碰小球落地點的平均位置N。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒m1m2OPMN入射小球被碰小球要驗證的關(guān)系是因平拋的時間相同，則故應(yīng)驗證的關(guān)系式為:方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒2.實驗原理：m1OP=m1OM+m2O

N1.先用天平稱量出兩個小球的質(zhì)量m1、m2。3.在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙。2.安裝好實驗裝置，注意使實驗器的斜槽末端點的切線水平。4.在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球和被碰小球開始平拋的位置。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒3.實驗步驟：OPMNm1m2入射小球被碰小球5.先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止?jié)L下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時的落地點。圓心即為小球平均落點方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒3.實驗步驟：OPMNm1入射小球6.把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復10次，同理求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。7.用刻度尺測出線段OM、OP、ON的長度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒3.實驗步驟：OPMNm1m2入射小球被碰小球1.斜槽末端的切線必須水平；2.每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；

3.要保證對心碰撞，兩球必須大小相等；4.小球的諸多落點要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點；5.入射小球的質(zhì)量m1和被碰小球的質(zhì)量m2的大小關(guān)系是m1

>m2

，以免碰撞后小球反彈方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒4.注意事項5.數(shù)據(jù)處理本實驗運用轉(zhuǎn)換法，即將測量小球做平拋運動的初速度轉(zhuǎn)換成測平拋運動的水平位移。方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒碰撞前后質(zhì)量碰撞前水平距離碰撞后水平距離入射小球m1=45gOP=44.80cmOM=35.20cm被碰小球m2=7.5gON=55.60cm6.實驗記錄分析：兩球碰撞前的動量之和：p＝m1OP＝45.0×44.80g·cm

＝2016g·cm，方案二：研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒碰撞后的總動量：p′＝m1OM＋m2ON＝(45.0×35.20＋7.5×55.60)g·cm＝2001g·cm